Produkce bakteriální celulózy acidofilním kmenem Acidithiobacillus ferrooxidans CCM 4253

Bc. Viktor Hankovský

Bachelor's thesis

Bacterial cellulose production by acidophilic Acidithiobacillus ferrooxidans CCM 4253

Abstract:

This bachelor thesis focuses on the extremely acidophilic strain Acidithiobacillus ferrooxidans CCM 4253, specifically its potential ability to synthesize bacterial cellulose due to the presence of the bcs operon in its genome, encoding two subunits of the bacterial cellulose synthase complex (BcsAB), and other proteins of this synthetic pathway (BcsS and BcsZ). Cellulose production was investigated in three independent aerobic sulfur-oxidizing cultures in a bioreactor. Potential cellulose production was monitored by measuring the expression of the bcs genes using RT-qPCR, as well as by measuring target metabolites, specifically c-di-GMP and glucose chains, using LC-TOF-MS analysis. In each of the three sulfur-oxidizing cultures, the expression of at least part of the bcs genes was elevated and the glucose chains were also detected. The results of the individual cultures varied considerably from each other, as has been observed in the past for bacterial sulfur oxidation. Although the high biological variability precluded statistical analysis, the pilot results suggest that cellulose formation occurs in this strain, albeit at concentrations that do not appear to have biotechnological applications and may only have an evolutionary advantage in biofilm formation within a diverse microbial population in a sulfide mineral environment.

Abstract:

Tato bakalářská práce se zabývá extrémně acidofilním kmenem Acidithiobacillus ferrooxidans CCM 4253 a to konkrétně jeho potenciální schopností syntetizovat bakteriální celulózu díky přítomnosti bcs operonu, kódujícímu dvě podjednotky komplexu bakteriální celulóza syntázy (BcsAB), a další proteiny této syntetické dráhy (BcsS a BcsZ). Produkce celulózy byla zkoumána ve třech nezávislých aerobních sirných kultivacích v bioreaktoru. Potenciální produkce celulózy byla sledována prostřednictvím měření exprese genů bcs operonu metodou RT-qPCR a dále měřením cílových metabolitů, a to konkrétně řetězců glukózy a c-di-GMP prostřednictvím LC-TOF-MS analýzy. V každé ze tří sirných kultivací byla zvýšena exprese alespoň části genů bcs operonu a také byly zachyceny řetězce glukóz. Výsledky jednotlivých kultivací se od sebe značně lišily, jak již bylo v minulosti u bakteriální oxidace síry pozoro-váno. Přestože vysoká biologická variabilita znemožnila statistickou analýzu, z pilotních výsledků lze usuzovat, že u tohoto kmene dochází k tvorbě celulózy, i když v koncentracích, které zřejmě nemá biotechnologické uplatnění a může mít pouze evoluční výhodu při tvorbě biofilmu v rámci různorodé mikrobiální populace v prostředí sulfidických minerálů.

Keywords

Acidithiobacillus ferrooxidans, bioleaching, bacterial cellulose, extreme acidophiles, sulphur metabolism, bioloužení, bakteriální celulóza, extrémní acidofilové, sirný metabolismus

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 5. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 2. 2. 2023
• Supervisor: Mgr. Jiří Kučera, Ph.D.
• Reader: Mgr. Vojtěch Sedláček, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biochemistry / Biochemistry